Messungen in Hochspannungsumgebungen: Wartung von Oberleitungen und Stromabnehmern

Die Oberleitung ist ein wesentlicher Bestandteil der Eisenbahninfrastruktur. Sie kann als ihr Kreislaufsystem zur Versorgung des Fahrzeugparks angesehen werden. Der richtige Kontakt zwischen Stromabnehmer und Oberleitung ist für einen effizienten Zugbetrieb zwingend notwendig. Elektrisch betriebene Züge stellen über ihre Stromabnehmer Kontakt zur Oberleitung her.

Hochspannungs-Oberleitungen für elektrische Züge müssen bestimmte Kriterien erfüllen, um minimale Verluste, begrenzten Verschleiß sowie ein geringeres Risiko von Störungen der Stromübertragung zum Triebwerk des Fahrzeugs zu gewährleisten. Um den Anforderungen dieser Betriebsbedingungen gerecht zu werden, müssen sowohl die vertikale als auch horizontale Positionierung der Oberleitung als auch ihre Spannung internationalen Standards entsprechen.

Überwachung sorgt für sicheren und zuverlässigen Zugbetrieb

Die Überwachung von Kräften und Beschleunigungen unter Hochspannung in den Stromabnehmern verringert das Risiko einer möglichen Beschädigung der Oberleitungen von Eisenbahnnetzen.

Typische Anwendungen

  • Vorausschauende Oberleitungswartung — 24/7-Oberleitungsüberwachung durch reguläre Züge
  • Aktive Steuerung der Kontaktkraft des Stromabnehmers — besonders wichtig für Hochgeschwindigkeitsanwendungen
  • Homologation und Prüfung des Stromabnehmers (EN50317)

Ein zuverlässiges Überwachungssystem liefert wertvolle Informationen über den Zustand der Oberleitung in Kombination mit der Position von Zügen entlang der Strecke.

Messungen sollten Werte wie vertikale Kontaktkraft, vertikale Beschleunigung und Seitenpositionsberechnung aus Kontaktkräften enthalten.

Messungen an Stromabnehmern und die Bewertung des Oberleitungszustands können mit regulären Triebfahrzeugen durchgeführt werden, die im Regelbetrieb mit Messsystemen ausgestattet sind. Die Fähigkeit, alle Daten in der Datenbank aufzuzeichnen und zu sammeln, ermöglicht die Überwachung bestimmter Standorte über einen ausgewählten Zeitraum, was die Erfassung von Daten für die vorausschauende Oberleitungsüberwachung ermöglicht.

Aber was sind die Voraussetzungen für ein zuverlässiges Überwachungssystem und eine nachhaltige Diagnose?

Robust, genau und stabil: Optische Messtechnik

Die Hauptanforderung für die Überwachung von Oberleitung und Stromabnehmer sind genaue Messungen in einer Hochspannungsumgebung (15 — 25 kV). Optische Sensoren sind passive Elemente, und da ihr Messprinzip auf Licht basiert, ist keine aktive Anregung der Sensoren erforderlich. Das bedeutet, dass während der Messung keine Interferenzen mit anderen Vorgängen auftreten.

Die optische Technologie ist immun gegen EM- und HF-Störungen und eignet sich daher perfekt für Messungen an Oberleitungen und Stromabnehmern. Wo elektrische Sensoren ausfallen oder hochentwickelte Schutzmechanismen benötigen, sind optische Messungen immer noch zuverlässig, genau und stabil.

Der Schwerpunkt der Messungen über ein faseroptisches Sensorsystem liegt auf der seitlichen Verschiebung der Oberleitungskontaktleitung, den momentanen vertikalen Kontaktkräften und der Erkennung von unzulässigen Kraftspitzen und Kontaktverlust.

Das Faser-Bragg-Gitter (FBG)-basierte System von HBK für Messungen an Stromabnehmern gewährleistet:

  • Erkennung nachlassender Kontaktkraft am Stromabnehmer

  • Messung der Seitenbewegung der Kontaktleitung

  • Erkennung von unerwünschten Spitzen der Kontaktkraft

  • Die Möglichkeit, alle durchgeführten Messungen per GPS-Standort zu verfolgen (1 m Positionsgenauigkeit)

  • Definition von Schwellenwerten und Auslösen von Sofortalarmen bei Erkennung eines kritischen Zustands

  • Kontinuierlicher 24/7-Betrieb

  • Einhaltung der EN 50317 (Norm zu Messungen des dynamischen Zusammenwirkens zwischen Stromabnehmer und Oberleitung)

  • Minimaler Einfluss bei der Fahrzeugwartung durch Verwendung von Standard-Kontaktleisten

Sicherer Betrieb in Hochspannungsumgebung

Alle Komponenten sind unter Hochspannung passiv, da die Sensorelemente auf optischen Fasern basieren.

Langzeitstabilität

Bewährte Technologie mit Langzeitstabilität zur Erfassung von Wellenlängen unter Verwendung von auf NIST rückführbaren Referenzen.

Flexible Hybridlösungen

Das Modul MXFS ist Teil des beliebten Datenerfassungssystems QuantumX und erleichtert Ihnen die Integration optischer und elektrischer Messungen in Ihre Messkette.

Lösungen zur Überwachung von Stromabnehmer und Oberleitung mit optischer Messtechnik von HBK

Das von HBK entwickelte faseroptische Sensorsystem kann in regulären, getesteten und zertifizierten Stromabnehmermodellen verwendet werden. Es erfüllt zuverlässig die Hauptanforderungen, wie die Fähigkeit, in einer Hochspannungsumgebung (15 — 25 kV) mit angemessener Genauigkeit zu messen, die Zugposition angemessen zu lokalisieren und zu verfolgen sowie große Datenmengen gemäß den entsprechenden Abschnitten der EN 50317 aufzuzeichnen, zusammenzuführen und zu bewerten.

Die Lösung mit optischer Messtechnik von HBK besteht aus dem QuantumX MXFS BraggMeter, dem auf Faser-Bragg-Gitter-Technik basierenden optischen Kraftaufnehmer für hohe Beanspruchung newLight FS66HDL und dem Hochleistungs-Beschleunigungssensor FS65HDA. Passendes Zubehör stellt den Übergang von der Hochspannung zum Innenraum der Fahrzeuge sicher.

 

Kraftaufnehmer für hohe Beanspruchung FS66HDL

 

Beschleunigungssensor für hohe Beanspruchung FS65HDA

 

QuantumX MXFS BraggMETER

 

FS66HDL

FS65HDA

QuantumX MXFS optisches BraggMETER

Neue und einzigartige Entwicklung

  • newLight®-Technologie
  • Hohe Auflösung
  • Geringes Gewicht, 99 g
  • Kompakte Bauweise

Neue und einzigartige Entwicklung

  • newLight®-Technologie
  • Hohe Auflösung
  • Sehr geringes Gewicht, 34 g
  • Kompakte Bauweise

Optischer Interrogator für FBG (Faser-Bragg-Gitter)-Sensoren

  • 8 parallele optische Anschlüsse
  • 100 S/s und 2.000 S/s Erfassungsrate

Messbereich ± 500 N

Messbereich ± 20 g

Vollständige Integration mit der QuantumX-Plattform

  • Geringe Größe und geringes Gewicht für mobile Anwendungen
  • Robuste Bauweise für intensiven Betrieb

Kraftmessung über Scherstabprinzip

  • Ausgleich von Temperatureinflüssen

Beschleunigungsmessung über Prinzip der seismischen Masse

  • Ausgleich von Temperatureinflüssen

Bewährte Technologie des kontinuierlichen Scannens mit durchstimmbarem Laser

Ein Anschlussgehäuse für zwei optische Fasern

  • Möglichkeit des Anschlusses von Sensoren in Reihe

Ein Anschlussgehäuse für zwei optische Fasern

  • Möglichkeit des Anschlusses von Sensoren in Reihe

Kontinuierliche Kalibrierung mit auf NIST rückführbarer Wellenlängenreferenz

  • Gewährleistung der Systemgenauigkeit im Betrieb über einen längeren Zeitraum hinweg

Robust

  • Geschützt und abgedeckt, wetterfest
  • Kabel und Steckverbinder für die Bahntechnik

Robust

  • Geschützt und abgedeckt, wetterfest
  • Kabel und Steckverbinder für die Bahntechnik

Hohe Auflösung

  • Gewährleistet durch effiziente Algorithmen zur Peak-Erkennung
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